[发明专利]一种井下注气测定煤层各向异性透气性系数的方法

说明书

本发明公开了一种井下注气测定煤层各向异性透气性系数的方法，包括以下具体步骤：1）在煤层巷道壁面的测试段上建立测试坐标系；2）计算煤层巷道塑性区半径R；3）在1）中建立的坐标系中，垂直煤层巷道壁面打一个注气孔，分别在x轴方向、y轴方向、xy45°方向的一定距离处各施工一个垂直煤层巷道壁面的流量测定孔；4）将注气孔和流量测定孔进行封孔，每个孔设置一个孔径相同的导气装置；5）将压缩气体注入注气孔，等待流量测定孔的气体流量稳定后，测定各流量测定孔的气体流量；6）计算确定x、y平面上任何方向的各向异性透气性系数。本发明实现了煤层各向异性透气性系数的测定，克服了传统方法无法区分透气性系数各向异性的不足。

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，涉及井下瓦斯煤层透气性测试方法，尤其涉及一种井下注气测定煤层各向异性透气性系数的测试方法。

背景技术

煤层瓦斯的主要成分为甲烷，是一种煤矿灾害致灾气体，同时也是一种高热值的洁净能源。抽采瓦斯具有三方面的社会和经济效益：（1）可防治煤矿瓦斯灾害，有效降低瓦斯突出和瓦斯爆炸危险；（2）瓦斯是一种温室效应气体，排放到大气中10年后可变成二氧化碳，极大的增加了二氧化碳的捕获难度，煤矿井下抽采瓦斯可起到减排温室气体，治理环境的作用；（3）瓦斯是一种高热值的非常规天然气，抽采瓦斯可为我国天然气供应提供补充，符合我国能源结构调整，鼓励洁净能源开发的产业政策。2014年，全国煤矿发生瓦斯事故47起，死亡266人，虽然近几年煤矿瓦斯事故逐年下降，但瓦斯事故总量依然较大，重大瓦斯事故没有得到有效遏制，煤矿瓦斯防治形势依然严峻。抽采瓦斯是防治瓦斯灾害事故的根本措施，2014年我国共抽采瓦斯170亿方，井下瓦斯抽采133亿方，地面抽采37亿方，井下抽采依然是目前瓦斯抽采的主体。2015年最新发布的《煤层气行动战略计划》提出，到2020年，我国井下瓦斯抽采量要达到200亿方。

煤层透气性系数反映了瓦斯流动的难易程度，是评价瓦斯抽采能力和瓦斯突出危险性的关键参数，是瓦斯抽采设计中钻孔布置的重要依据。煤层瓦斯抽采工程实践表明，煤层的透气性存在各向异性，即煤层各方向的瓦斯流动难易程度存在较大差别，因而，测定煤层不同方向的透气性系数对合理设计瓦斯抽采工程具有至关重要的作用。

目前，我国煤矿安全领域主要采用单孔径向流量法测定煤层透气性系数，这种方法假定煤层透气性系数各向同性，即，钻孔径向各个方向的透气性系数是相同的，瓦斯从径向方向流向钻孔，仅能得出一个综合的透气性系数，无法区分瓦斯流量来自哪个方向，因而这种方法不能反映煤层透气性的各向异性性质。同时，这种测试方法需要事先测定煤层原始瓦斯压力，待瓦斯压力稳定后再开始每天的瓦斯自然流量，一般需要30天以上，存在测定周期长的不足。为反映煤层渗透性的各向异性性质，曾有研究者拍摄了掘进工作面前方煤体图像，采用图像识别技术分析了煤体的裂隙分布，统计分析了煤层渗透性的各向异性性质，但这种方法仅能反映煤体表层的渗透性各向异性性质，无法测出煤体内部的各向异性透气性分布。同时，由于巷道壁面受到了采动的影响，这种方法拍摄出的图像反映的仅是采动后的裂隙分布，不是深部原始煤体的裂隙，因而不能反映原始煤体透气性系数的各向异性性质。中国专利201310317597.8公布了一种煤层透气性系数测试方法，采用的是注入示踪气体，但也假定了煤层透气性各向同性，不能测定煤层透气性系数的各向异性。另外，这种方法在注入流体尚未进入稳定流动阶段时即开始计算流速，将非稳定流速计为稳定流速，存在原理上的不足，同时未对孔径大小、孔间距做出说明，测试的准确性上存在较大不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种井下注气测定煤层各向异性透气性系数的方法，以解上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种井下注气测定煤层各向异性透气性系数的方法，包括以下具体步骤：

（1）在开采煤层的运输巷或风巷内，选择煤层较为完好、无断层、无破碎、无抽采孔影响的一段煤层巷道壁面，在煤层巷道壁面的测试段上建立测试坐标系；